聚合物膜制备DNA电化学传感器及纳米材料在其中的应用

论文摘要

DNA探针的固定是DNA电化学生物传感器制作的首要问题，固化量和活性直接影响着传感器的灵敏度。目前DNA固定方法主要有直接吸附法、共价键合法、聚合膜法、自组装膜法和蛋白质结合法等方法。本论文主要采用聚合物膜法固定DNA，并结合纳米材料的应用以制备DNA电化学生物传感器，实现对转基因植物外源草丁膦乙酰转移酶基因片段的灵敏检测。主要包括以下内容：1．以静电吸附法使Mg2+修饰于玻碳电极（GCE）上电聚合的2，6-吡啶二甲酸膜（PDC）上，制得的Mg／PDC／GCE电极，成为DNA固定及杂交的良好平台。应用微分脉冲伏安法和电化学阻抗谱对DNA的固定和杂交进行表征。以电化学阻抗谱免指示剂法检测目标DNA比以亚甲基蓝为指示剂的微分脉冲伏安法有更高的灵敏度。电化学阻抗谱检测转基因植物草丁膦乙酰转移酶基因（PAT基因）片段，线性范围为1.0×10-9mol／L～1.0×10-5mol／L，检测限为3.43×1010mol／L。2．采用电沉积和浸泡吸附结合法将纳米金修饰在PDC／GCE膜上制备NG／PDC／GCE电极。将纳米金引入电极表面后，增加了电极表面有效面积，由于纳米颗粒本身特殊的性质，如大的比表面积、化学反应活性和良好的生物相容性等，极大地提高了DNA电化学生物传感器的灵敏度。以交流阻抗谱免指示剂法对转基因植物外源PAT基因片段进行了检测，其线性范围为1.0×10-10mol／L～1.0×10-5mol／L，检测限可达2.41×10-11mol／L。3．将羧基化单壁碳纳米管（SWNTs）和2，6-吡啶二甲酸共聚到玻碳电极表面，使之形成富含含氧基团的复合修饰薄膜。将此修饰电极置于氯氧化锆（ZrOCl2．8H2O）的KCl电解质溶液中，采用循环伏安法将二氧化锆（ZrO2）电沉积到修饰电极上，借助ZrO2与磷酸基等含氧基团之间具有较强的亲和力这一特性，将DNA探针固定在ZrO2／SWNTs／PDC／GCE电极上制得DNA电化学传感器。应用此DNA电化学传感器以交流阻抗谱免指示剂法对转基因植物外源PAT基因片段进行了检测，线性范围为1.0×10-11mol／L～1.0×10-6mol／L，检测限可达1.38×1012mol／L。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 1.1 DNA电化学生物传感器
• 1.1.1 聚合物膜法固定DNA
• 1.1.2 DNA分子杂交技术
• 1.1.3 DNA电化学生物传感器发展的新动向
• 1.2 纳米金在DNA生物传感器研究中的应用
• 1.2.1 纳米金提高固载的DNA量
• 1.2.2 纳米金作为电化学标记物
• 1.3 碳纳米管在DNA生物传感器研究中的应用
• 1.3.1 碳纳米管与DNA之间的相互作用
• 1.3.2碳纳米管应用于基因识别电化学传感器
• 1.3.3 固定在碳纳米管上DNA与低分子量物质的相互作用
• 1.3.4 DNA修饰碳纳米管电极的研究
• 1.4 硕士论文研究的设想
• 第二章 DNA在Mg/聚2,6-吡啶二甲酸膜上的固定和杂交及其PAT基因片段的电化学阻抗谱测定
• 2.1 实验部分
• 2.1.1 实验仪器
• 2.1.2 玻碳电极的预处理及Mg/PDC/GCE电极的制备
• 2.1.3 DNA的固定与杂交
• 2.1.4 微分脉冲伏安法
• 2.1.5 电化学阻抗谱
• 2.2 结果与讨论
• 2.2.1 Mg/PDC/GCE电极的制备与表征
• 2.2.2 DNA在Mg/PDC/GCE电极上的固定与杂交
• 2.2.2.1 微分脉冲伏安法研究
• 2.2.2.2 电化学阻抗谱研究
• 2.2.2.3 DNA固定和杂交条件的优化
• 2.2.2.4 DNA杂交条件的选择
• 2.2.3 PAT基因片段的电化学阻抗谱测定
• 2.3 本章小结
• 第三章 纳米金修饰聚2,6-吡啶二甲酸膜DNA电化学传感器的制备及应用
• 3.1 实验部分
• 3.1.1 实验仪器与试剂
• 3.1.2 玻碳电极的预处理及PDC/GCE电极的制备
• 3.1.3 纳米金在聚合物膜修饰电极上的固载
• 3.1.4 DNA探针的固定及其杂交
• 3.1.5 循环伏安法和微分脉冲伏安法
• 3.1.6 交流阻抗谱研究
• 3.1.7 鲱鱼精dsDNA与AP相互作用的紫外-可见光谱研究
• 3.2 结果与讨论
• 3.2.1 纳米金在PDC膜上的固载
• 3.2.2 MB在DNA/NG/PDC/GCE修饰电极上的循环伏安行为
• 6]^3-/4-在DNA/NG/PDC/GCE修饰电极上的微分脉冲伏安行为'>3.2.3 [Fe（CN）₆]^3-/4-在DNA/NG/PDC/GCE修饰电极上的微分脉冲伏安行为
• 3.2.4 DNA固定和杂交的交流阻抗谱
• 3.2.5 PAT基因片段检测的交流阻抗检测
• 3.2.6 鲱鱼精dsDNA与AP相互作用
• 3.2.6.1 dsDNA与AP相互作用的紫外-可见光谱研究
• 3.2.6.2 基于铁氰化钾的电化学交流阻抗对dsDNA与AP相互作用的表征
• 3.3 本章小结
• 第四章 DNA在二氧化锆/单壁碳纳米管-聚2,6-吡啶二甲酸复合膜上的固定和杂交及其PAT基因片段的电化学阻抗谱测定
• 4.1 实验部分
• 4.1.1 实验仪器与试剂
• 4.1.2 玻碳电极的预处理及SWNTs/PDC/GCE电极的制备
• 2/SWNTs/PDC/GCE电极的制备'>4.1.3 ZrO₂/SWNTs/PDC/GCE电极的制备
• 4.1.4 DNA探针的固定及其杂交
• 4.1.5 循环伏安法研究
• 4.1.6 交流阻抗谱研究
• 4.2 结果与讨论
• 2/SWNTs/PDC/GCE上的固定'>4.2.1 ssDNA在ZrO₂/SWNTs/PDC/GCE上的固定
• 6]^3-/4-对ssDNA在ZrO₂/SWNTs/PDC/GCE上固定的表征'>4.2.1.1 [Fe（CN）₆]^3-/4-对ssDNA在ZrO₂/SWNTs/PDC/GCE上固定的表征
• 2/SWNTs/PDC/GCE上固定的表征'>4.2.1.2 MB对ssDNA在ZrO₂/SWNTs/PDC/GCE上固定的表征
• 4.2.1.3 探针修饰电极的稳定性研究
• 4.2.2 交流阻抗法检测DNA杂交
• 4.2.3 DNA固定和杂交条件的优化
• 4.2.3.1 SWNTs/PDC复合膜制备方法的选择
• 2沉积电位的选择'>4.2.3.2 ZrO₂沉积电位的选择
• 4.2.3.3 ssDNA固定条件的选择
• 4.2.3.4 DNA杂交条件的选择
• 4.2.4 PAT基因片段检测的交流阻抗检测
• 4.3 结论
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的论文目录